由激光驅動的半導體(ti) 開關(guan) 設計，從(cong) 理論上可以實現比現有光電導器件更高的速度和電壓。如果這種小型化開關(guan) 能集成到衛星中，便可以實現超越5G的信號傳(chuan) 輸速度。

目前，該項技術正由勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）和伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）聯合研發。研發過程中，研究團隊利用高功率激光器在極端電場下，在基礎材料氮化镓產(chan) 生了電子電荷雲(yun) 。

在普通半導體(ti) 中，電子會(hui) 隨著施加電場增加而快速移動，然而氮化镓卻表現出一種稱為(wei) “負微分遷移率效應”（negative differential mobility），其生成的電子雲(yun) 在雲(yun) 的前端減慢。研究人員稱，該效應使得設備能夠在暴露於(yu) 電磁輻射時，以接近1 THz的頻率產(chan) 生極快的脈衝(chong) 和高壓信號。

■新型半導體(ti) 開關(guan) 工作原理圖

LLNL工程師兼項目首席研究員Lars Voss談到：“該項目的目標是構建一種比現有技術更強大的設備，但可以在高頻狀態下運行。它以一種獨特的模式工作，輸出脈衝(chong) 實際上可以比激光輸入脈衝(chong) 在時間上更短——幾乎就像是一個(ge) 壓縮裝置。一個(ge) 光子輸入經過壓縮後以一個(ge) 電子輸出，因此它可以潛在生成極高速和極高功率的射頻波形。”

假設論文中描述的開關(guan) 能夠實現，它確實可以通過小型化並集成到現有的衛星中，實現超越5G速度的通信係統。Lars Voss表示，這樣就能在遠距離上以更快的速度進行信號傳(chuan) 輸。他補充說，高功率和高頻技術是當前固態設備尚未取代真空管的最後領域之一。

實現300GHz以上頻率的同時還能提供1W或更高輸出功率，使得新型緊湊型半導體(ti) 技術在高速信號傳(chuan) 輸領域有著廣泛的應用需求。盡管一些高電子遷移率晶體(ti) 管能夠達到高於(yu) 300 GHz的頻率，但它們(men) 的能量輸出通常受到限製。

■a)顯示了使用 GaN 作為(wei) 有源區的橫向光電導開關(guan) ；b）由於(yu) 氮化镓中固有的負微分遷移率效應，可以壓縮電子電流的脈衝(chong) 寬度，同時可以提高其峰值

“這種新開關(guan) 的建模和仿真將為(wei) 實驗提供指導，降低測試結構成本，通過防止反複試驗來提高實驗室測試的周轉率和成功率，並能夠正確解釋實驗數據。”UIUC電氣和計算機工程係助理教授Shaloo Rakheja表示。他同時也是論文的第一作者。當前，研究團隊在LLNL正努力研發這種激光驅動的半導體(ti) 開關(guan) 。另外，研究人員也在探索其他材料的可能性，例如砷化镓，以優(you) 化開關(guan) 的整體(ti) 性能。

LLNL博士後研究員Karen Dowling則表示，在低電場下砷化镓比氮化镓更容易表現出負微分遷移率效應，因此它是一個(ge) 很好的模型，通過更容易進行的測試來理解該效應產(chan) 生的結果。據悉，該項目由Laboratory Directed Research and Development資助，目的是展示一種能在 100 GHz和更高功率下運行的傳(chuan) 導裝置。未來，研究團隊將檢查激光加熱對電子電荷雲(yun) 的影響，並在電光模擬框架下提高對設備操作的理解。